اکسید زیرکونیوم یا همان زیرکونیا (Zirconium dioxide) با فرمول شیمیایی ZrO۲ از پرکاربردترین مواد معدنی بوده که قصد داریم آن را به صورت دقیق شرح دهیم. این ماده یک اکسید سفید کریستالی از زیرکونیم بوده که البته امکان تولید آن در رنگ های متنوع وجود دارد. از ماده زیرکونیا ابتدا در سال ۱۹۶۹ در صنعت پزشکی استفاده شد و به دلیل خواص مکانیکی بسیار بالا و خواص تریبولوژیکی بسیار خوب، روز به روز شاهد افزایش کاربرد آن در صنایع مختلف بودیم. این ماده کریستالی جامد سفید رنگ در حال حاضر در صنعت دندان پزشکی به عنوان تاج دندان سرامیکی مورد استفاده قرار می گیرد. این ماده معمولا شفاف بوده و دارای ساختار بلوری منشوری مونوکلینیک است و یکی از نادر ترین و کمیاب ترین مواد معدنی در طبیعت شناخته می شود.

اکسید زیرکونیوم با نام فولاد سرامیکی نیز شناخته شده و به دلیل خواص مکانیکی ایده آل در بسیاری از صنایع به عنوان مواد ترمیم کننده مورد استفاده قرار می گیرد. زیرکونیای آلایش شده یکی از انواع زیرکونیوم بوده که به دلیل برخورداری از ساختار مکعبی با نام زیرکونیای مکعبی نیز شناخته می شود. تولید این زیرکونیا به صورت مصنوعی و در صنعت جواهرسازی و زیورآلات به عنوان الماس غیر اصلی یا بدلی مورد استفاده قرار می گیرد.

روش های تولید اکسید زیرکونیوم

همانطور که گفته شد اکسید زیرکونیوم یک ماده معدنی بسیار کمیاب و نادر در طبیعت است اما به دلیل برخورداری از خواص شیمیایی و فیزیکی خاص، یکی از پرمتقاضی ترین مواد معدنی در جهان شناخته می شود به همین دلیل نیز امروزه تولید آن به روش های مصنوعی در سراسر جهان در حال انجام است. به طور کلی تولید اکسید زیرکونیوم در سه فاز احتمالی امکان پذیر بوده که البته نوع فاز آن تا حدود زیادی به درجه حرارت روش تولید بستگی خواهد داشت. این سه فاز احتمالی تولید اکسید زیرکونیوم عبارتند از:

مونوکلینیک
مکعبی
تتراگونال

تولید اکسید زیرکونیوم به روش تفکیک حرارتی و یا همان روش عملیات حرارتی انجام شده و البته انجام این فرآیند اگر در شکل خالص انجام گیرد، احتمالا باعث تغییرات فازی ناگهانی خواهد شد. این تغییرات ناگهانی فازی همواره باعث ایجاد ترک خوردگی یا شکستگی مواد خواهد شد که برای جلوگیری از این اتفاق باید اقدام به اضافه كردن تثبیت کننده هایی نظیر اکسید ایتریوم، اکسید منیزیم و اکسید کلسیم نمود تا ساختار ماده کاملا تثبیت گردد. اکسید زیرکونیا از طریق تجزیه سنگ زیرکون و به روش همجوشی با استفاده از ترکیباتی نظیر اکسید کلسیم، کربنات سدیم، کربنات کلسیم، هیدروکسید سدیم و اکسید منیزیم نیز تولید می شود.

اکسید زیرکونیوم

مصارف اکسید زیرکونیوم

ویژگی ها و خصوصیات منحصربه فرد اکسید زیرکونیوم باعث شده تا امروزه شاهد گسترده بودن کاربرد این ماده معدنی در صنایع مختلف باشیم. از جمله مهم ترین کاربرد ها و مصارف اکسید زیرکونیوم عبارتند از:

صنایع پزشکی
صنایع دندانپزشکی
صنایع تولید لوازم الکترونیکی
صنایع تولید رنگدانه
صنایع سرامیک سازی
صنایع تولید مواد نسوز
صنایع تولید سلول های سوختی
صنایع تولید پمپ دریایی
صنایع تولید شیشه سیلوکسید
تولید چاقو های سرامیکی
ساخت کوره
ساخت آجر نسوز
صنایع ریخته گری فولاد
قابل استفاده به عنوان لایه محافظ در قطعات مکانیکی
صنایع جواهرسازی
و…

مواردی که ذکر شد تنها بخش کوچکی از کاربرد های اکسید زیرکونیوم است که به آن ها اشاره کردیم و هر ساله شاهد افزایش کاربرد ها و مصارف نوع مصنوعی این ماده معدنی در صنایع مختلف هستیم.

اکسید زیرکونیوم

خواص فیزیکی و شیمیایی

حال که با روش های تولید و همچنین کاربرد های اکسید زیرکونیوم آشنا شدید، قصد داریم خواص فیزیکی و شیمیایی خاص و ویژه آن را تشریح نماییم. لازم است بدانید که اکسید زیرکونیوم از نظر شیمیایی کاملا خنثی بوده و در برخی از اسید ها به خصوص اسید سولفوریک حل می شود. این ماده دارای خواص فیزیکی بسیار زیادی است که از جمله آن ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

دارای مقاومت مکانیکی بسیار بالا به خصوص در برابر ترک خوردگی و تنش مکانیکی
برخورداری از مقاومت بالا در برابر حرارت بسیار زیاد (دارای نقطه ذوب ۲۷۰۰ درجه سانتی گراد)
دارای ضریب انبساط بسیار زیاد
برخورداری از هدایت گرمایی بسیار کم
دارای مقاومت شیمیایی بسیار بالا
برخورداری از انعطاف پذیری بسیار بالا
دارای استحکام بسیار بالا
دارای سازگاری زیستی بسیار مطلوب
مقاوم در برابر سایش

معرفی محصولات خانواده اکسید زیرکونیوم

در حال حاضر با استفاده از تکنولوژی روز از ترکیب اکسید زیرکونیوم با دیگر مواد شیمیایی نیز در برخی از صنایع استفاده می شود. محصولات خانواده اکسید زیرکونیوم نیز از کاربرد های وسیع و گسترده ای در صنایع مختلف برخوردار بوده و روز به روز نیز شاهد ترکیب این ماده معدنی با دیگر مواد شیمیایی برای مصارف خاص در صنایع مختلف می باشیم. از جمله مهم ترین محصولات خانواده اکسید زیرکونیوم عبارتند از:

زیرکونیوم سیلیکات
سولفات زیرکونیوم
اکسی نیترات زیرکونیوم
اکسی کلراید زیرکونیوم
استات زیرکونیوم
کاربید زیرکونیوم